FRA SKOG TIL DRIVSTOFF - AKTUELLE PROSESSER OG PRODUKTER -

Transkript

1 FRA SKOG TIL DRIVSTOFF - AKTUELLE PROSESSER OG PRODUKTER - TRE FOR FREMTIDEN 25/ KARIN ØYAAS, PAPIR- OG FIBERINSTITUTTET (PFI)

2 AGENDA Hvorfor biodrivstoff? 1. og 2. generasjons biodrivstoff Lignocellulose som råstoff Norsk råvaretilgang Biodrivstoff fra lignocellulose PFIs aktiviteter innen området

3 Hvorfor biodrivstoff? Verden skriker etter fornybare energikilder EU: 20% biodrivstoff i 2020 (5,75 % i 2010) Sverige: Uavhengig av olje i 2020 FNs klimapanel (IPCC): Globale utslipp av klimagasser må reduseres med 50-80% for å stabilisere CO 2 -nivået i atmosfæren Verdens befolkning utnytter i dag ca. 7 % av planetens årlige produksjonen av biomasse i form av mat, fôr, industriprodukter og energi. Biomasse til energi utgjør snaut 2 % (ca. 15 % av klodens energibruk) Bruk av biodrivstoff gir betydelig reduksjon i klimagassutslipp sammenlignet med bensin og diesel

4 Lavutslipputvalgets innstilling Hvordan kutte nasjonale klimagassutslipp med 50-80% innen 2050?

5 Hvorfor biodrivstoff? Veitrafikk står for ca. 19 % av Norges årlige utslipp av klimagasser SFT: Foreslår at 4 volum-% av total omsetning av drivstoff til veitrafikk i 2010 skal være biodrivstoff (2% i 2007) Lokal produksjon gir leveringssikkerhet vi må utvikle en produksjon tilpasset norske råvarer og klima Viktig å bygge opp norsk kompetanse slik at vi er i stand til å ta i mot kunnskap fra utlandet

6 Første generasjon (konvensjonelle) biodrivstoff Først generasjon biodrivstoff Navn Råvare Prosess Bioetanol Konvensjonell bioetanol Sukkerrør, korn (mais, hvete) Hydrolyse, fermentering Biodiesel RME (rapsfrø metyl ester), FAME, FAEE (fettsyre metyl/etyl ester) Oljerike planter (raps), avfallsoljer (frityroljer, fiskeavfall) Pressing/ekstraksjon og omforestring Biogass Oppgradert biogass (Våt) biomasse Forråtnelse Bio-ETBE Bioetanol Kjemisk syntese Kilde: Biofuels Research Advisory Council, 2006: Biofuels in the European Union. A vision for 2030 and beyond.

7 Første generasjons biodrivstoff Er i bruk i dag Bioetanol: Produseres hovedsakelig i Brasil og USA Baseres på karbohydratrike planter (sukker, stivelse) Mais, sukkerrør, hvete, bygg, potet Produseres ved fermentering (gjæring) Biodiesel EU er største produsent i dag Fettsyre metyl estere (FAME) Basert på plante oljer (eks. raps, soya, solsikke) eller animalsk fett (eks. slakteriavfall, fiskeolje) Enkel produksjonsprosess: Omforestring med alkohol Ingen kommersielle ved-baserte prosesser i dag Lite tilgjengelige råvarer i Norge

8 Andre generasjons biodrivstoff Bioetanol Syntetisk biodrivstoff Biodiesel (hybrid mellom 1. og 2. gen) Biogass Biohydrogen NExBTL Navn Cellulosebasert bioetanol BTL, FT-diesel, syntetisk (bio)diesel, biometanol, Bio-DME SNG (syntetisk naturgass) Andre generasjons biodrivstoff Råvare Lignocellulose Lignocellulose Vegetabilsk olje og animalsk fett Lignocellulose Lignocellulose Prosess Forbehandling, hydrolyse + fermentering Gassifisering + syntese Hydrogenering (rafinering) Gassifisering + syntese Gassifisering + syntese eller biologisk prosess Kilde: Biofuels Research Advisory Council, 2006: Biofuels in the European Union. A vision for 2030 and beyond.

9 Andre generasjons biodrivstoff Under utvikling Produseres hovedsakelig fra lignocellulose Aktuelle råstoff: Skogbasert, eks. Hogst; Tynningsvirke, hogstavfall Treforedlings-/ trebearbeidende industri; svartlut, biprodukter (avkapp, flis, etc.) Ferdigprodukter; bygningsavfall Energiskog/energiplantasjer Landbruksbasert, eks. Energigress Landbruksrester (halm, strå) og rester ved prosessering av fiberavlinger Brukte fiberprodukter

10 Lignocellulose som råstoff Billig og tilgjengelig Fornybar ressurs rik på råvarer Hele eller deler av tømmerstokken kan benyttes til drivstoffproduksjon Ekstraktiver 2-5% Lignin 15-30% Cellulose 35-50% Hemicellulose 25-30% Fiber Cellulose Fettsyrer Legemidler Fenoler Bindemidler Karbonfiber Brensel Drivstoff Etc.

11 Vedråvarer i Norge Kilde: Vennesland et al., 2006 Netto tilvekst tilsvarer ca. 35 TWh Norsk transportsektor brukte 57 TWh fossil energi i 2005 Krav om 4% innblanding ca. 2.5 TWh

12 Biodrivstoff fra lignocellulose Fischer-Tropsch Alkaner Gassifisering SynGass (CO+H 2 ) Metanol Vann-gass omforming Metanol Hydrogen Pyrolyse el. likvefaksjon Bio-olje Oppgradering Flytende drivstoff Hydrolyse Fermentering Etanol Løst sukker Dehydrering Aromatiske hydrokarboner Prosessering i vann Flytende alkaner, hydrogen Kilde: Huber et al., 2006 Lignin Lignin oppgradering Eterifisert bensin

13 Gassifisering Gammel prosess utviklet tidlig på 1900-tallet Ulike råstoff for gassifiseringen; biomasse (BtL), kull (CtL) eller biogass/naturgass (GtL) Kompleks produksjonsprosess Forgassing til SynGas, etterfulgt av omdanning til væske (Fischer-Tropsch prosess): Biomasse H 2 + CO Flytende hydrokarboner evt. andre produkter 60 % kan brukes som drivstoff - øvrige fraksjoner til kjemisk industri eller videre prosessering Hele trevirket benyttes

14 Gassifisering Kort vei til kommersialisering Hevdes å gi noe dårlig energiutnyttelse: 23% av biomassens energi tapes ved gassifiseringen Omdanning fra SynGas til flytende drivstoff er anslått å ha en total termisk effektivitet (PTE) på 0,2-0,4 Gammel prosess - kun små forbedringer forventes Ingen kommersielle ved-baserte prosesser i dag Pt. ikke økonomisk konkurransedyktig med petrobasert drivstoff, men kan bli det ved innføring av avgiftsfritak

15 Pyrolyse Produksjon av bioolje ved rask pyrolyse er kommersiell teknologi Bioolje brukes i dag ikke til flytende drivstoff Termisk effektivitet ved rask pyrolyse er 61-68% Degraderes over tid, og må derfor oppgraderes evt. blandes i annet drivstoff Etter oppgradering er energiinnholdet anslått å være ca 50% av opprinnelig biomasse Forbedringer kreves før bioolje kan brukes som drivstoff Hele trevirket benyttes

16 Bioetanol fra lignocellulose Cellulosen og evt. hemicellulosen benyttes Forbehandling hydrolyse fermentering Forbehandling: Løser opp fiberens rigide struktur Separering av biomassen i cellulose, hemicellulose og lignin Hydrolyse: Nedbryting av cellulose og evt. hemicellulose til enkeltsukker Fermentering: Sukker omdannes til etanol ved gjæring Destillasjon

17 Bioetanol fra lignocellulose Termisk effektivitet for totalprosessen: Sukkerrør: %. Mais: 29%. Lignocellulose: 49% I dag er produksjonskostnadene for høye Mange land (eks. USA) har store forskningsprogram for å forbedre teknologien Dagens fokus i forskningen: utvikle anlegg som produserer mange ulike produkter fra trevirket Bioraffineri

18 Bioraffineri basert på trevirke Eks. Biomasse fra ved Etanol + value-added kjemikalier Karbohydrater Cellulose/hemicellulose Etanol Forbehandling, ekstraksjon & separasjon Lignin Ekstraktiver Value-added produkt Biodrivstoff Andre forbindelser

19 Biodrivstoffaktiviteter ved PFI Forskningsprosjekt: Cost-efficient production of renewable liquid biofuel and biochemicals from Scandinavian wood materials Workshop: Biodrivstoff; Norske muligheter og utfordringer Samarbeid med Nobio, ZERO, Norges forskningsråd. Utarbeidelse av veikart: Veikart til fremtidig biodrivstoffproduksjon i Norge. Samarbeid med Nobio, Zero, TØI Oppdrag vedr. produksjon av drivstoff basert på lignocellulose

20 Forskningsprosjekt: Cost-efficient production of renewable liquid biofuel and biochemicals from Scandinavian wood materials Produksjon av drivstoff fra lignin ved pyrolyse Økonomisk ramme: ~ 9 mill Tidsramme: Høst

21 Forskningsprosjekt: Cost-efficient production of renewable liquid biofuel and biochemicals from Scandinavian wood materials Biodrivstoff Ny teknologi Ekstraktiver 2-5% Lignin 15-30% Cellulose 35-50% Bioetanol Hemicellulose 25-30% Kjent teknologi - må forbedres

22 Forskningsprosjekt: Cost-efficient production of renewable liquid biofuel and biochemicals from Scandinavian wood materials Produksjonskostnadene for å lage etanol fra trevirke er for høye! Samtidig produksjon av høyverdige tilleggsprodukter kan bidra til å gjøre etanolproduksjon fra ved økonomisk konkurransedyktig Strategi i prosjektet: Utvikle teknologi for å produsere fornybare drivstoffkomponenter fra treets lignin!

23 Forskningsprosjekt: Cost-efficient production of renewable liquid biofuel and biochemicals from Scandinavian wood materials Forbehandling; Dampeksplosjon optimalisering Separasjon av karbohydrater, lignin og ekstraktiver rene fraksjoner Lignin karakterisering Pyrolyseteknologi optimalisering Omdanning av fett- og harpikssyrer til biodrivstoff-komponenter Treflis Karbohydrater Hydrolyse (Cellulose/hemicellulose) Fermentering Etanol Forbehandling (Dampeksplosjon) Ekstraksjon Separasjon Lignin Pyrolyse Bioolje / drivstoffkomp. Eksplodert granfiber (PFI 2003) Ekstraktiver (Fettsyrer/harpikssyrer)

24 Forskningsprosjekt: Cost-efficient production of renewable liquid biofuel and biochemicals from Scandinavian wood materials FoU-partnere Papir- og fiberinstituttet Universitetet i Bergen KTH, Stockholm Trøndelag Forskning og Utvikling Spesialkompetanse Trefiberteknologi Trefiberprosessering Pyrolyseteknologi Organisk kjemi Tre- og ligninkjemi Ligninkarakterisering Lokal naturforvaltning Lokale skogsressurser

25 Forskningsprosjekt: Cost-efficient production of renewable liquid biofuel and biochemicals from Scandinavian wood materials Partner Norsk Pellets Vestmarka AS Skogeiernæringa; Allskog Glommen Norskog Inntre AS og Moelven van Severen Nord-Trøndelag fylkeskommune Formål Drivstoffprodusent Biodieselprodusent Pelletsprodusent Salg av skogsprodukter Trebearbeidende industri Regional styring Spesialkompetanse Drivstoffkvalitet og - karakterisering Drivstoffkvalitet Dampeksplosjonsanlegg Råstofftilgang Råstofftilgang Bærekraftig regional utvikling Norges Forskningsråd Fremme og støtte forskning og utvikling